Análisis de estabilidad del talud ubicado en el sector “Predio La Cascada” (zona veredal del municipio de Ibagué – corregimiento Cay vereda La cascada)

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(1)ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD UBICADO EN EL SECTOR “PREDIO LA CASCADA” (ZONA VEREDAL DEL MUNICIPIO DE IBAGUÉ – CORREGIMIENTO CAY VEREDA LA CASCADA). DIEGO ALEJANDRO BARRERO SANCHEZ CARLOS MARIO CARDONA CORTES JUAN DAVID SOTO MARROQUIN. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL IBAGUÉ; TOLIMA Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional..

(2) 2018 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD UBICADO EN EL SECTOR “PREDIO LA CASCADA” (ZONA VEREDAL DEL MUNICIPIO DE IBAGUÉ – CORREGIMIENTO CAY VEREDA LA CASCADA). Directora YELENA HERNÁNDEZ ATENCIA Ingeniera civil, MsC en Planificación y Manejo Ambiental de Cuencas Hidrográficas Co-Director PEDRO JULIAN QUINTANA GALLEGO Ingeniero Civil, MsC en Ingeniería con énfasis en Geotecnia. Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Civil. DIEGO ALEJANDRO BARRERO SANCHEZ CARLOS MARIO CARDONA CORTES JUAN DAVID SOTO MARROQUIN. UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional..

(3) FACULTAD DE INGENIERÍAS PROGRAMA INGENIERÍA CIVIL IBAGUÉ; TOLIMA 2018. Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional..

(4) Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional..

(5) NOTA DE ACEPTACIÓN ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________. _____________________________ Director del proyecto. _____________________________ Jurado. _____________________________ Jurado. Ibagué, junio de 2018 5.

(6) RESUMEN La estabilización de taludes es un campo de la ingeniería civil en el que se determina el comportamiento de un cuerpo de tierra, teniendo en cuenta aspectos como la geología y la geotecnia, e influye directamente la ejecución o no de proyectos civiles en zonas colindantes con el área de estudio. Este documento describe el análisis de estabilidad del talud ubicado en el sector “predio La Cascada”, el cual pertenece a la zona veredal del municipio de IbaguéTolima (Colombia), al cual se le determinó sus características topográficas y geotécnicas mediante las visitas de campo, reconocimiento del terreno, extracción de muestra, ensayo de laboratorios, cálculo de la estabilidad dicho talud usando el software GEO5 y con ello realizar su respectivo análisis de resultado.. ABSTRACT The stabilization of slopes is a field of civil engineering in which the behavior of a body of land is determined, taking into account aspects such as geology and geotechnics, and directly influences the execution or not of civil projects in areas adjacent to the study area. This document describes the stability analysis of the slope located in the "La Cascada farm" sector, which belongs to the rural area of the municipality of IbaguéTolima (Colombia), which was determined its topographic and geotechnical characteristics through the visits of field, ground reconnaissance, sample extraction, laboratory test, calculation of the stability of the slope using the GEO5 software and with it, perform the respective result analysis.. 6.

(7) TABLA DE CONTENIDO 1. JUSTIFICACION ............................................................................................. 13 2. ANTECEDENTES ........................................................................................... 14 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 17 4. OBJETIVOS.................................................................................................... 19 4.1. OBJETIVO GENERAL.................................................................................... 19 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ......................................................................... 19 5. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................ 20 5.1. MARCO GEOGRÁFICO ................................................................................. 20 5.1.1. Descripción general del municipio de Ibagué. Según el equipo técnico del (Centro de productividad del Tolima, 2011);.......................................................... 20 5.1.2. Localización del área de estudio. ................................................................ 20 5.1.3 Posición geográfica área de estudio. ........................................................... 21 5.1.4 Relación de CALDAS. .................................................................................. 23 5.1.5. Geología de los suelos de Ibagué. .............................................................. 23 5.1.6. Unidades estratigráficas. ............................................................................. 23 5.2. MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 25 5.2.1 Taludes......................................................................................................... 25 5.2.2. Estabilidad de taludes. ................................................................................ 26 5.2.3 Fenómenos de remoción en masa. .............................................................. 26 5.2.4 Superficies de falla. ...................................................................................... 27 5.2.5. Velocidad de deslizamiento. ........................................................................ 29 5.2.6. Causas de deslizamiento. ........................................................................... 29 5.2.7. Ensayo de Granulometría. (INV E – 123 – 13). ......................................... 30 5.2.8. Ensayo Límite Líquido. (INV E – 125 -13). .................................................. 30 5.2.9. Ensayo Límite Plástico. (INV E – 126 – 13)................................................. 30 5.2.10. Ensayo de gravedad específica. (INV E – 128 – 13). ................................ 30 5.2.11. Ensayo de corte directo consolidado drenado (INV E – 154 – 13). ........... 30 5.2.12. Método de Bishop ..................................................................................... 30 5.2.13. Método de Janbú: ...................................................................................... 31 7.

(8) 6. METODOLOGIA ............................................................................................. 33 6.1. VISITA DE CAMPO ........................................................................................ 33 6.2. TOMA DE MUESTRA..................................................................................... 34 6.2.1. Toma de muestra alterada. ......................................................................... 35 6.2.2. Toma de muestra inalterada........................................................................ 36 6.3. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO .............................................................. 38 6.4. ENSAYOS DE LABORATORIO ..................................................................... 44 6.4.1. Ensayo de Granulometría. (INV E – 123 – 13) .......................................... 44 6.4.2. Ensayo Límite Líquido. (INV E – 125 -13). .................................................. 48 6.4.3. Ensayo Límite Plástico. (INV E – 126 – 13)................................................. 49 6.4.4. Ensayo de gravedad específica. (INV E – 128 – 13) .................................... 50 6.4.5. Ensayo de corte directo consolidado drenado (INV E – 154 – 13) .............. 52 6.5. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD ...................................................... 63 6.5.1. Metodología del análisis de estabilidad de talud ......................................... 63 6.5.2. Ejecución del análisis de estabilidad del talud ............................................. 63 6.5.3. Resultados del análisis de estabilidad del talud. ......................................... 74 7. CONCLUSIONES ........................................................................................... 75 8. RECOMENDACIONES ................................................................................... 76 9. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 77 10. ANEXOS ......................................................................................................... 78. 8.

(9) Lista de Tablas Tabla 1. Antecedentes fenómenos de remoción en masa en la cuenca del río Combeima ............................................................................................................. 17 Tabla 2. División territorial municipio de Ibagué para el sector rural ..................... 21 Tabla 3. Puntos del levantamiento geográfico....................................................... 38 Tabla 4. Humedad natural ..................................................................................... 44 Tabla 5. Análisis granulométrico ........................................................................... 45 Tabla 6. Clasificación del material ......................................................................... 47 Tabla 7. Sistema Unificado de Clasificación de suelos bajo el punto de vista de la ingeniería............................................................................................................... 48 Tabla 8. Clasificación de material por el sistema AASHTO ................................... 49 Tabla 9. Datos del ensayo Gravedad Específica................................................... 50 Tabla 10. Coeficientes "K" para varias Temperaturas ........................................... 51 Tabla 11. Datos de Consolidación......................................................................... 53 Tabla 12. Corte directo- Ensayo 1 ......................................................................... 53 Tabla 13. Corte directo- Ensayo 2 ......................................................................... 55 Tabla 14. Corte directo- Ensayo 3 ......................................................................... 57 Tabla 15. Esfuerzo de Corte máximo vs esfuerzo normal ..................................... 60 Tabla 16. Resultados del factor de seguridad según el programa GEO5 ............. 74. 9.

(10) Lista de Ilustraciones. Ilustración 1. Factor f, método Janbú .................................................................... 32 Ilustración 2. Plano Topográfico ............................................................................ 40 Ilustración 3.Trazado del perfil 1 ........................................................................... 41 Ilustración 4.Trazado del perfil 2 ........................................................................... 41 Ilustración 5. Trazado del perfil 3 .......................................................................... 42 Ilustración 6. Perfil del talud .................................................................................. 42 Ilustración 7. Inclinación del talud.......................................................................... 43 Ilustración 8. Curva de distribución granulométrica ............................................... 46 Ilustración 9. Esfuerzo vs deformación horizontal ensayo 1 .................................. 55 Ilustración 10. Esfuerzo vs deformación horizontal ensayo 2 ................................ 57 Ilustración 11. Esfuerzo vs deformación horizontal ensayo 3 ................................ 59 Ilustración 12. Esfuerzo de corte vs esfuerzo normal ............................................ 59 Ilustración 13. Esfuerzo de corte vs esfuerzo normal ............................................ 61 Ilustración 14. Esfuerzo de corte máximo vs esfuerzo normal (corregido) ............ 62 Ilustración 15. Datos Corte de talud 1 ................................................................... 64 Ilustración 16. Superficie de falla 1, corte de talud 1 ............................................. 64 Ilustración 17. Cálculo, Superficie de falla 1 corte de talud 1 ................................ 65 Ilustración 18. Superficie de falla 2, corte de talud 1 ............................................. 65 Ilustración 19.Cálculo, Superficie de falla 2 corte de talud 1 ................................. 66 Ilustración 20. Superficie de falla 3, corte de talud 1 ............................................. 66 Ilustración 21. Cálculo, Superficie de falla 3 corte de talud 1 ................................ 67 Ilustración 22. Datos corte de talud 2 .................................................................... 67 Ilustración 23. Superficie de falla 1, corte de talud 2 ............................................. 68 Ilustración 24. Cálculo, Superficie de falla 1 corte de talud 2 ................................ 68 Ilustración 25. Superficie de falla 2, corte de talud 2 ............................................. 69 Ilustración 26. Cálculo, Superficie de falla 2 corte de talud 2 ................................ 69 Ilustración 27. Superficie de falla 3, corte de talud 2 ............................................. 70 Ilustración 28. Cálculo, Superficie de falla 3 corte de talud 2 ................................ 70 Ilustración 29.Superficie de falla 1, corte de talud 3 .............................................. 71 Ilustración 30. Cálculo, Superficie de falla 1 corte de talud 3 ................................ 71 Ilustración 31. Superficie de falla 2, corte de talud 3 ............................................. 72 Ilustración 32. Cálculo, Superficie de falla 2 corte de talud 3 ................................ 72 Ilustración 33. Superficie de falla 3, corte de talud 3 ............................................. 73 Ilustración 34. Cálculo, Superficie de falla 3 corte de talud 3 ................................ 73. 10.

(11) Lista de Imágenes Imagen 1. Ubicación Vereda La Cascada ............................................................. 22 Imagen 2. Superficie de falla ................................................................................. 28 Imagen 3. Talud en estudio vereda la cascada ..................................................... 33 Imagen 4. Anexo excavación del apique 1 ............................................................ 34 Imagen 5. Anexo excavación del apique 2 ............................................................ 35 Imagen 6. Toma de muestra alterada ................................................................... 35 Imagen 7. Toma de muestra alterada ................................................................... 36 Imagen 8. Toma de muestra inalterada ................................................................. 37 Imagen 9. Toma de muestra inalterada ................................................................. 37 Imagen 10. Anexo topografía 1 ............................................................................. 78 Imagen 11. Anexo topografía 2 ............................................................................ 78 Imagen 12. Anexo topografía 3 ............................................................................. 79 Imagen 13. Anexo granulometría 1 ....................................................................... 79 Imagen 14. Anexo granulometría 2 ....................................................................... 80 Imagen 15. Anexo granulometría 3 ....................................................................... 80 Imagen 16. Anexo límite líquido 1 ......................................................................... 81 Imagen 17. Anexo límite líquido 2 ......................................................................... 81 Imagen 18. Muestra seleccionada......................................................................... 82 Imagen 19. Peso picnómetro................................................................................. 82 Imagen 20.Picnómetro +muestra+ agua ............................................................... 83 Imagen 21. Toma de la temperatura ..................................................................... 83 Imagen 22. Caja de corte ...................................................................................... 83 Imagen 23. Aparato de corte ................................................................................. 84 Imagen 24. Anillo de Corte .................................................................................... 85. 11.

(12) INTRODUCCION. El campo de la estabilización de taludes es un factor determinante y fundamental cuando se va a llevar a cabo un proyecto o construcción de una obra de ingeniería civil, ejecutando un análisis detallado en donde son relevantes los aspectos geotécnicos, los componentes geológicos, la topografía y entre otros. En el presente documento se presentará el análisis de la estabilidad del talud ubicado en el sector “predio La Cascada”, el cual pertenece a la zona veredal del municipio de Ibagué- Tolima (Colombia), específicamente en La vereda La Cascada, perteneciente al corregimiento Cay – (Microcuenca de la quebrada Cay) con coordenadas N 88 079.577, E 70 411.868; el talud analizado se encuentra colindando con la escuela (edificación de tipo institucional) de dicho sector, lo que hace dar relevancia y pertinencia al presente trabajo. Los factores geológicos y las altas pendientes, la acción antrópica, los agentes climáticos, entre otros factores, son elementos que generan riesgo a la comunidad del sector, convirtiéndose en razón suficiente para el desarrollo del proyecto. Para conseguir el objetivo trazado, fue necesario un trabajo en conjunto y estructurado, en donde se incluyeron visitas de campo, toma de muestras, levantamiento topográfico, ensayos en el laboratorio de geotecnia, determinación de factores de seguridad por medio del software “GEO5”, cálculos y análisis de los resultados obtenidos.. 12.

(13) 1. JUSTIFICACION Con el pasar del tiempo se ha podido evidenciar el crecimiento poblacional que ha presentado la ciudad de Ibagué, particularmente en zonas que antes se consideraban suburbanas, como por ejemplo el actual barrio especial El Salado y El Cañón del Combeima. Este último presenta una dinámica actividad económica promovida por el turismo ecológico que se ha intentado incentivar allí, el cual genera una población flotante y conlleva a que exista una influencia antrópica sobre el paisaje de dicha zona; sin mencionar el hecho de que, en esa área, se practican actividades económicas tales como la agricultura y la ganadería. Actividades que si no se llevan a cabo de manera responsable; estas pueden favorecer procesos de inestabilidad tipo movimientos de remoción en masa como los deslizamientos, caídos, entre otros. Teniendo en cuenta las anteriores apreciaciones, resulta pertinente el hecho de ejecutar un estudio del análisis de la estabilidad del talud ubicado en el sector “predio La Cascada”, el cual pertenece a la zona veredal del municipio de IbaguéTolima (Colombia), específicamente en el corregimiento Cay, sector vereda La Cascada – (Microcuenca de la quebrada Cay), el cual genera riesgo a la comunidad asentada en el sector.. 13.

(14) 2. ANTECEDENTES Sin lugar a dudas Colombia es un país que se caracteriza por su diversidad de climas, al estar intersectado por la línea ecuatorial, fraccionando de este modo el territorio en los hemisferios norte y sur; gracias a la elevada humedad en sus zonas de valles y bosques tropicales naturales, lo que da lugar a un alto grado de precipitación y cambios de temperatura, factores que, a su vez, ocasionan el fenómeno de la erosión. Este fenómeno es uno de los principales causales de la inestabilidad de los taludes que se ubican en el territorio nacional. Cómo caso puntual, y soportando la idea que anteriormente se propone, es necesario presentar el fragmento del artículo “Geotecnia para el trópico andino” (Escobar C. y Duque G, 2017), donde se habla del caso puntual en la ciudad de Manizales, capital del departamento de Caldas (Colombia) los cuales son producto de los siniestros invernales que, a su vez, obligan a superar el pesimismo y desconcierto ciudadano, para repensar la gestión integral del riesgo asociado al cambio climático. A modo de ejemplo, el colapso del gasoducto y del servicio de agua, se pueden interpretar mejor al recorrer la vía al Magdalena, para señalar que lo que muestra su corredor con los mega deslizamientos, es la destrucción antrópica del suelo, a diferencia de lo que muestra la montaña reforestada del otro lado del río, en la que los ocasionales deslizamientos son la expresión de un fenómeno natural llamado erosión, más limitado. De ahí que la solución debe empezar por entender que conceptualmente una carretera va más allá de su pavimento, muros y transversales, al extender su dominio hasta las micro cuencas del corredor vial. (Escobar C. y Duque G, 2017). Es posible que, así como sucedió con el Terremoto del Eje Cafetero (Armenia1999), donde las consecuencias superaron en varios órdenes las que se derivan de los acontecimientos de Manizales, suele ocurrir que siempre los desastres desnudan los conflictos y contradicciones que padece la sociedad afectada, al 14.

(15) tiempo que sus consecuencias terminan perjudicando en un mayor grado a las comunidades menos favorecidas en razón a su vulnerabilidad económica y ambiental. Como primera medida, teniendo en cuenta la investigación e instrumentación de la amenaza, de permanecer la dinámica del último lustro, sus efectos podrían desbordar la capacidad de recuperación a la adversidad debido a la incapacidad de recuperar la base económica y ambiental de la ciudad. Y es que, si se logra comparar fenómenos como el de Las Niñas 2007/8 y 2010/11, ambas de nivel moderado y 10 meses de duración, mientras en la primera las cifras de damnificados no llegaban a 50 mil por cada invierno y los eventos eran puntuales, en la segunda superó 2 millones en cada una de sus dos temporadas de lluvias, y como eventos quedaron cerca de 30 municipios, 216 para reasentar, caso Gramalote, para no hablar de Bogotá sumida en el agua de los humedales que le robó a la sabana. (Escobar Potes, 2016). De acuerdo con el artículo anteriormente referenciado de Escobar Potes, se puede decir que el 40 % de deslizamientos ocurren a causa de fuertes lluvias. El estudio de los deslizamientos ocurridos se hace mediante los métodos tradicionales de análisis de estabilidad tomando como ingreso que el suelo se encuentra saturado. Continuando así, resulta pertinente mencionar que la gran mayoría de los fenómenos de remoción en masa ocurridos en los terrenos del Cañón del Combeima (zona veredal del municipio de Ibagué – Tolima (Colombia)), son debido al aumento considerable en las precipitaciones (cambio climático), lo que hace que el suelo se sature y provoque deslizamientos, caídos, inundaciones y entre otros sucesos. Continuando así, la Oficina de Prevención de Desastres y del Ambiente de Ibagué, en compañía de la Corporación Autónoma Regional del Tolima (Cortolima), inspeccionó y cuantificó desde el año 1967 diversos fenómenos de remoción en masa ocurridos en la cuenca del río Combeima y en terrenos situados en la vía que conduce al municipio de Ibagué al Nevado del Tolima (sector Cañón del Combeima). 15.

(16) Para esta investigación debe tenerse en cuenta los sucesos ocurridos en la microcuenca de la quebrada Cay, que se encuentra propensa a desbordamientos en temporadas invernales y ocasionan fenómenos de remoción en masa, tal y como sucedió en el año 1975 con deslizamientos, además de daños en la bocatoma y pérdidas en cultivos. (Oficina de prevención de desastres y del ambiente de Ibagué – Experiencias de gestión de riesgo, 2011). 16.

(17) 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Según información otorgada por entes gubernamentales (Corporación Autónoma Regional del Tolima-CORTOLIMA, la Secretaría de Planeación Municipal de Ibagué y la Oficina municipal para la Prevención y Atención de Desastres y del Ambiente de Ibagué), el sector del Cañón del Combeima es declarado como zona de alto riesgo por causa de los múltiples fenómenos de remoción en masa que se presentan durante cada año, esto debido a las altas pendientes de las laderas de la zona, las condiciones climáticas y la acción antrópica. Según el estudio “Experiencias en Gestión del Riesgo” desarrollado por CORTOLIMA, se muestran antecedentes de los fenómenos de remoción en masa hasta el año de 1995 ocurridos en la cuenca del rio Combeima. (Ver Tabla 1) Tabla 1. Antecedentes fenómenos de remoción en masa en la cuenca del río Combeima Fecha 22/05/1967 25/05/1975 9/06/1977. Lugar Cuenca del Combeima Quebrada Cay. Fenómeno ocurrido Más de 100 deslizamientos, avalanchas e inundaciones Desbordamiento de la quebrada Avalancha Avalancha Derrumbes, deslizamientos y represamiento del Combeima Derrumbes, deslizamiento, flujos e inundaciones. 24/06/1989. Quebrada La Plata Rio Combeima Quebrada Guamal Q. La Plata, Peña Roja, Bella Vista y La Platica Rio Combeima. 4/06/1991. Rio Combeima. Desbordamiento y avalancha. 14/04/2004. Llanitos. Deslizamiento de tierra. 5/11/1981 31/07/1985 4/07/1987. Avalancha y desbordamiento. Consecuencia Un muerto, daños en cultivos Bocatomas taponadas, daños a cultivos Casas destruidas e inundadas, 4 heridos 18 casas destruidas Casas y cultivos destruidos en Juntas y Pastales 12 muertos, 2300 afectados, casas y puentes destruidos, daños en cultivos y daño de bocatoma 300 muertos, viviendas arrasadas en Juntas e Ibagué 20 casas destruidas, 3 muertos, 6 heridos una casa destruida, 4 muertos. Fuente: Oficina municipal para la Prevención y Atención de Desastres y del Ambiente de Ibagué 17.

(18) También es sabido, que esta área ha tenido un gran auge durante los últimos tiempos en cuanto a dinámica económica se refiere. Y es que, con el emprendimiento empresarial y gastronómico los cuales fomentan el aumento en la población flotante (acción antrópica), además de las actividades agrícolas y ganaderas que se practican por parte de los residentes de las distintas veredas que componen el sector, y como valor agregado, los períodos intensos de lluvias hacen parte del conjunto de causales en el sector que ponen en riesgo las comunidades allí asentadas.. 18.

(19) 4. OBJETIVOS. 4.1. OBJETIVO GENERAL Realizar el análisis de estabilidad del talud ubicado en el sector “predio La Cascada”, el cual pertenece a la zona veredal del municipio de Ibagué- Tolima (Colombia), específicamente en La vereda La Cascada, perteneciente al corregimiento Cay Microcuenca de la quebrada Cay).. 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. •. Efectuar visitas de campo para analizar la zona y posteriormente ejecutar levantamiento topográfico con el fin de identificar el área de estudio.. •. Ejecutar la caracterización del suelo, mediante la extracción de muestra y ejecución de los ensayos de laboratorio requeridos para el análisis de la estabilidad del talud.. •. Determinar y analizar el factor de seguridad para el talud en estudio a partir del software GEO5.. 19.

(20) 5. MARCO DE REFERENCIA. 5.1. MARCO GEOGRÁFICO 5.1.1. Descripción general del municipio de Ibagué. Según el equipo técnico del (Centro de productividad del Tolima, 2011); Ibagué tiene un área de 1.403,2 Km2 y una población según proyección del DANE para el año 2011 de 532.034 habitantes de los cuales 501.984 se ubican en la zona urbana (33,7 Km2) y 30.050 en la zona rural (1.369,4 Km2), lo que refleja el carácter urbano del municipio con el 94,36% de la población asentada en la cabecera municipal en un 2,41% del área total, mientras apenas un 5,64% se ubica en la zona rural ocupando un 97,59% del área total. Según el DANE ello puede obedecer al proceso de urbanización que atraviesa el país. 5.1.2. Localización del área de estudio. Ibagué se ubica en el centro del departamento del Tolima dentro de las coordenadas geográficas 4°15" Y 4°40" latitud Norte y los 74°00" y 75°30" longitud Oeste del meridiano de Greenwich, en la parte central de la región andina de Colombia. Su localización en las laderas del Parque Nacional Natural de Los Nevados hace de Ibagué un municipio cabecero de aguas para buena parte del Centro del Tolima, cuyos acueductos y distritos de riego dependen de las aguas del Coello, Cocora, Combeima, Alvarado y Chipalo y sus numerosos afluentes, condición que pone en evidencia la responsabilidad social de la población ibaguereña para con el recurso agua y las enormes potencialidades a futuro del Municipio en el ámbito regional y nacional. El municipio de Ibagué limita por el Norte con los Municipios de Anzoátegui y Alvarado; por el Oriente con los municipios de Piedras y Coello; por el Sur con los Municipios de San Luis y Rovira y por el Occidente con el municipio de Cajamarca y el departamento del Quindío. 2.2.2 División Político Administrativa Según los Acuerdos No. 037/1992 y 015/1993, el Municipio de Ibagué está conformado por 17 corregimientos y 113 veredas. Desde 1994 el crecimiento del número de predios en la zona rural, por división de 20.

(21) áreas mayores, y teniendo en cuenta la facilidad de comunicación y la afinidad entre vecinos para gestionar recursos y obras de infraestructura, ha hecho posible que en algunas veredas las comunidades se hayan organizado y hayan constituido más de una Junta de Acción Comunal Veredal, lo cual arroja como resultado una nueva división del territorio pendiente por formalizarse a través de un Acuerdo. A continuación, se relacionan en la Tabla 2 los 17 corregimientos con las veredas legalmente incluidas en los acuerdos y las Junta de Acción Comunal Veredales con sus respectivos números de personerías jurídicas, áreas y porcentaje de participación en el Municipio.. Tabla 2. División territorial municipio de Ibagué para el sector rural. Fuente: CORTOLIMA, Secretaría de Planeación Municipal, Secretaría de Desarrollo Rural y Medio Ambiente. Continuando con lo anterior, el estudio se desarrolló en el corregimiento número 9 Cay, exactamente en la vereda número 57, La Cascada. (Ver Tabla 2) 5.1.3 Posición geográfica área de estudio. En términos generales, la posición geográfica del área de estudio es el talud ubicado en el sector “predio La Cascada”, el cual pertenece a la zona veredal del municipio de Ibagué- Tolima (Colombia), específicamente en La vereda La Cascada, perteneciente al corregimiento Cay 21.

(22) Microcuenca de la quebrada Cay), con coordenadas N 88 079.577, E 70 411.868, (Ver Imagen 1). Esta vereda está situada exactamente a 7,1 km desde el primer kilómetro de vía que comunica al casco urbano del municipio de Ibagué con el nevado del Tolima (Vía al nevado o vía al Cañón de Combeima). Imagen 1. Ubicación Vereda La Cascada. Fuente: Google Maps. Cabe resaltar, que el acceso a la vereda La Cascada presenta complejidad; puesto que la vía terciaria que comunica a este territorio con el centro poblado de la vereda Cay, refleja problemas en su afirmado o, en algunos tramos, carece del mismo, presentándose inundaciones, esto debido a la temporada invernal y a la ausencia de obras de captación de escorrentías. Otro aspecto que hace complejo el acceso, es que, en ciertos intervalos de la vía, atraviesa la microcuenca de la quebrada Cay, y se torna imposible el acceso en motocicletas y automóviles que no contengan de doble tracción.. 22.

(23) 5.1.4 Relación de CALDAS. Para definir el clima según CALDAS, se tiene en cuenta la altura (m) y temperatura (°C) de acuerdo con la siguiente clasificación: •. Frío Húmedo (FH): Se ubica sobre las estaciones El Rancho y El Placer.. •. Frío Semihúmedo (FSh): Localizado sobre las estaciones El Palmar, Juntas, Toche.. •. Templado Húmedo: En las estaciones El Daríen y Pastales.. •. Templado Semihúmedo (Tsh): Sobre las estaciones La Esmeralda, Hda. Palogrande y El Secreto.. •. Cálido Semihúmedo (Csh): Determinado en las estaciones Apto. Perales.. •. Cálido Semiárido (Csa): Ubicado en las estaciones Perales-Hato Opia, Buenos Aires, El Aceituno.. •. Templado Húmedo (TH): Comprende alturas entre los 1.000 y 2.000 m.s.n.m., y temperatura entre 17.5 y 24 °C y una Relación P/T entre 100 y 160. Además de bosques naturales y pastos dedicados a la ganadería extensiva, existen cultivos de café, hortalizas, plátano y frutales.. 5.1.5. Geología de los suelos de Ibagué. En el área del municipio de Ibagué se encuentran distribuidas rocas que representan distintos pisos y eras geológicas, es así como se encuentran rocas del precámbrico, paleozoico, cenozoico y cuaternario. Las rocas más representativas son las ígneas que alcanzan a cubrir extensas áreas. 5.1.6. Unidades estratigráficas. 5.1.6.1 Complejos precámbricos. Estas unidades consisten principalmente de cuerpos de neises, anfibolitas y ocasionalmente mármoles y cuarcitas; instruidos por el batolito de Ibagué o en relaciones tectónicas con rocas del grupo Cajamarca. 5.1.6.2. Complejos Paleozoicos. Es un complejo metamórfico conformada por una secuencia de esquistos negros, cloróticos, seiciticos, filitas y cuarcitas, las cuales 23.

(24) fueron formadas según Irving (1971) en Thouret (1981), durante el Paleozoico, periodo en el cual se forma un Eugeosinclinal pericontinental. Los esquistos presentan un grano fino a medio con desarrollo de venas de cuarzo es común observar distribución de minerales a manera de bandas tales como plagioclasas, cloritas y epidota. En gran parte de la zona se encuentra en contacto fallado con rocas del batolito de Ibagué debido principalmente a efectos de las fallas de Chapetón-Pericos e Ibagué. En dichos sectores es evidente la cataclasis producida sobre estas rocas lo cual se manifiesta en generación de deslizamientos rotacionales y coluvies. Presenta una morfología de montañas ramificadas, crestas redondeadas, laderas largas, drenajes subdendritico. 5.1.6.3. Cenozoico (unidades terciarias) a) Pórfidos andesíticos Estos cuerpos a manera de Stocks y pequeños cuellos volcánicos afloran en la quebrada la sonadora al norte del corregimiento de Toche, en la parte alta de la quebrada Cay y en las veredas Martínez y Carmen de Bulira. En algunos de estos cuerpos se observa fracturamiento intenso y fallamiento por actividad tectónica reciente, según Álvarez y Kassem (1969). b) Rocas Volcánicas Esta denominación se aplica a derrames lávicos que han tenido su origen en vulcanismo de tipo fisural durante la construcción del edificio vulcánico del Tolima, Machín, Páramo de los Valles y otros cuerpos menores, los cuales cubren rocas paleozoicas (Grupo Cajamarca).. 24.

(25) 5.1.6.4. Cenozoico (depósitos cuaternarios) a) Depósitos Fluvio-Glaciares Son depósitos originados por la actividad volcánica del Nevado del Tolima y del Machín. Principalmente se componen de flujos piroclásticos, lahares y depósitos glaciaricos que se encuentran rellenando depresiones y drenajes derivados de las estructuras volcánicas mencionadas, y presentan espesores variables. Morrenas laterales y terminales que se encuentran en proximidades del nevado del Tolima, así como estrías sobre rocas volcánicas, evidencian las diferentes posiciones ocupadas por los glaciares durante el cuaternario. b) Abanicos Coalescentes y Conos Aluviales. Son depósitos que han sido originados por flujos torrenciales de tierra canalizados por las diferentes quebradas y drenajes que nacen sobre las estribaciones de los sistemas montañosos. Se caracteriza por una disposición errática de materiales heterométricos en matriz limo- arcillosa y arenosa, de espesores variables y bajo consolidación, cuyos clastos pertenecen a las litologías constitutivas de las laderas. 5.2. MARCO TEÓRICO 5.2.1 Taludes. Uno de los elementos más importantes de una carretera son los taludes. “Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra” (Matteis, 2003, pág. 4) Los taludes pueden ser naturales o artificiales. Al primer tipo de talud se le denomina también laderas, formados por la naturaleza a través del tiempo sin la injerencia del hombre. Al segundo tipo se le denomina talud debido a que se tiene la intervención del hombre para su construcción. (Ingeniería Real, 2011).. 25.

(26) 5.2.2. Estabilidad de taludes. Para resolver un problema de estabilidad es necesario tener en cuenta las ecuaciones de campo y los vínculos constitutivos. Las primeras tienen que ver con el equilibrio, mientras que los vínculos describen el comportamiento del terreno. Tales ecuaciones son particularmente complejas ya que los terrenos son sistemas multifase, que se pueden convertir en sistemas monofase solo en condiciones de terreno seco, o de análisis en condiciones drenadas. En la mayor parte de los casos se encuentran suelos que además de saturados, son también bifase, lo que vuelve notoriamente complicado el análisis de las ecuaciones de equilibrio. Además, es prácticamente imposible definir una ley constitutiva de validez general, ya que los terrenos presentan un comportamiento no-lineal y aún en caso de pequeñas deformaciones, son anisótropos y su comportamiento depende no solo del esfuerzo desviador, sino también del normal. Para enfrentar estas dificultades se introducen hipótesis que ayuden a simplificar. 5.2.3 Fenómenos de remoción en masa. Los fenómenos de remoción en masa son procesos de transporte de material definidos como procesos de ‘movilización lenta o rápida de determinado volumen de suelo, roca o ambos, en diversas proporciones, generados por una serie de factores’ (Hauser, 1993). Estos movimientos tienen carácter descendente ya que están fundamentalmente controlados por la gravedad (Cruden, 1991). Existen numerosas clasificaciones para los distintos tipos de eventos de remoción en masa, las cuales han sido proporcionadas, entre otros, por Varnes (1978), Hauser (1993) y Cruden & Varnes (1996). Las remociones en masa han sido clasificadas por estos últimos autores en las siguientes categorías principales: • Desprendimientos o caídas • Deslizamientos (rotacionales y traslacionales) 26.

(27) • Flujos • Toppling o volcamientos • Extensiones laterales Estas clasificaciones consideran diversos factores, como, por ejemplo, los tipos de materiales involucrados (suelo o roca), el mecanismo de ruptura, el grado de saturación que alcanza. Estos factores, junto con las características geológicas, geotécnicas y geomorfológicas del entorno, condicionan la potencial generación de remociones en masa, así como las velocidades de desplazamiento y el volumen de material desplazado. Son frecuentes, además, los procesos combinados, como por ejemplo deslizamientos que derivan en flujos (Scott et al, 2001). 5.2.4 Superficies de falla. Las superficies de falla o de ruptura son características que distinguen a los deslizamientos de otros movimientos de suelo como, por ejemplo, la erosión. Esta superficie se reconoce debido a que divide el talud entre los materiales de suelo que pueden deslizarse y el suelo que no se mueve al ocurrir el deslizamiento. (Ver imagen 2). Para entender cómo ocurre un deslizamiento, se muestra una imagen del deslizamiento rotacional de un talud (extraído del libro Hillslope Hydrology and Stability).. 27.

(28) Imagen 2. Superficie de falla. Fuente: Gestión sostenible del agua, recuperado de http://gidahatari.com/ihes/estabilidad-de-taludes-deslizamientos-de-tierra-causas Escarpe Principal: Superficie empinada en la parte más alta del talud, causado por el deslizamiento. Escarpe Menor: Escarpes producidos por movimientos diferenciales dentro de la masa desplazada. Cabeza: Región superior a lo largo del contacto entre el material desplazado y el escarpe principal. Cuerpo: Material desplazado del deslizamiento de tierra que recubre la superficie de ruptura entre el escarpe primario y el pie de la superficie de ruptura. Pie: Parte que se encuentra en pendiente ascendente desde la punta de la superficie de ruptura. Corona: Material prácticamente no desplazado junto a la parte más alta del escarpe principal.. 28.

(29) Flancos: Material adyacente desplazado a los lados de la superficie de ruptura izquierda y derecha. 5.2.5.. Velocidad. de. deslizamiento.. Los. deslizamientos. pueden. ser. extremadamente lentos, teniendo una velocidad de 10E-7 mm/s o muy rápidas alcanzando una velocidad de 10E4 mm/s. Según su actividad en el medio se pueden clasificar en Fósiles, Activos e Inactivos. Deslizamientos Activos: Taludes en constante movimiento o se tienen registros en donde se señala que en las últimas temporadas se han ido moviendo, las superficies de falla son fáciles de reconocer. Deslizamientos Inactivos: No se tienen registro de movimientos o pruebas que evidencien movimiento de estos taludes en las últimas temporadas, pueden ser reactivados por factores naturales como el clima, o los movimientos telúricos. Deslizamientos fósiles: Son inmóviles y no pueden reactivarse al menos que la mano del hombre ayude en este proceso. 5.2.6. Causas de deslizamiento. Según datos estadísticos se sabe que el 40 % de deslizamientos ocurren a causa de fuertes lluvias, de acuerdo con el informe rendido por el blog “gidahatari.com”. El estudio de los deslizamientos ocurridos se hace mediante los métodos tradicionales de análisis de estabilidad tomando como ingreso que el suelo se encuentra saturado. Actualmente, existen otros métodos como el de tomar un modelo de corte del talud con su estado de esfuerzos actual, sin modificar sus propiedades como tomarlo saturado o con la presión de poros actuando en compresión.; este último modelo se hace debido a que existen estudios que demuestran que existen deslizamientos ocurriendo en las zonas no saturadas del talud. Existe una fuerte relación entre lo que dura una intensa precipitación de lluvia y la variación de la presión de poros en el suelo. El estudio de suelos no saturados 29.

(30) aplicado en la agricultura es de gran ayuda y sus modelos son utilizados para analizar la responsabilidad de la hidrología en la estabilidad de taludes. 5.2.7. Ensayo de Granulometría. (INV E – 123 – 13). Determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de las partículas de un suelo por medio de tamizado, específicamente la distribución de partículas mayores de 75 μm, es decir, aquellas retenidas en el tamiz N° 200. 5.2.8. Ensayo Límite Líquido. (INV E – 125 -13). Determinar el límite líquido de los suelos, que se aplica únicamente sobre la porción de muestra que pasa por el tamiz número 40. Por lo tanto, se deberá considerar la contribución relativa de esta fracción de suelo a las propiedades de la muestra como conjunto, cuando se usen estos ensayos para evaluar las propiedades de un suelo. 5.2.9. Ensayo Límite Plástico. (INV E – 126 – 13). Este ensayo se refiere a la determinación del límite plástico y del índice de plasticidad de los suelos. 5.2.10. Ensayo de gravedad específica. (INV E – 128 – 13). Determinar la gravedad específica de un suelo fino que pase la malla No.4 (4,75 mm). Gravedad específica de las partículas sólidas del suelo, Gs – Es la relación entre la masa de un cierto volumen de sólidos a una temperatura dada y la masa del mismo volumen de agua destilada y libre de gas a igual temperatura. La temperatura generalmente usada como referencia es 20° C. 5.2.11. Ensayo de corte directo consolidado drenado (INV E – 154 – 13). Del objeto de ensayo es determinar la resistencia al corte de una muestra de suelo consolidada y drenada, empleando el método de corte directo. La prueba se lleva a cabo deformando una muestra a velocidad controlada, cerca de un plano de corte determinado por la configuración del aparato de ensayo. 5.2.12. Método de Bishop: Bishop (1955) presentó un método utilizando Dovelas y teniendo en cuenta el efecto de las fuerzas entre las Dovelas. La solución rigurosa 30.

(31) de Bishop es muy compleja y por esta razón se utiliza una versión simplificada de su método, de acuerdo a la expresión: (Suarez Díaz, J, 1998, Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en zonas Tropicales) Ecuación 1. Método Bishop. 5.2.13. Método de Janbú: “Janbú (1973) presenta un método de Dovelas para superficies de falla curvas, no circulares. De acuerdo con Janbú (ecuación modificada)” (Suarez Díaz, J, 1998, Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en zonas Tropicales) Ecuación 2. Método Janbú. 31.

(32) Ilustración 1. Factor f, método Janbú. Fuente: (Suarez Díaz, J, 1998, Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en zonas Tropicales). 32.

(33) 6. METODOLOGIA. 6.1. VISITA DE CAMPO Fue necesario realizar una inspección preliminar de la zona para obtener un reconocimiento del talud y sus posibles zonas de afectación. Para ello se realizó una visita de campo por la cual se evidenció que en caso de un deslizamiento o falla del talud la escuela veredal de la zona estaría en alto riesgo como se muestra en la imagen 3. Imagen 3. Talud en estudio vereda la cascada. Fuente: Autores. 33.

(34) 6.2. TOMA DE MUESTRA Para determinar las características físicas y mecánicas del suelo fue necesario realizar la extracción de muestra del lugar; un muestreo adecuado y representativo es de vital importancia para realizar los diferentes ensayos de laboratorio con los cuales se caracteriza el suelo. Para obtener dichas muestras se realizó un apique (ver imagen 4 y 5) de 80cmX80cmX100cm en el cual se pudo evidenciar una capa vegetal de 20 cm de profundidad y sucesivamente el primer y único estrato hallado en el lugar. Para la ejecución del apique y la extracción de muestra se utilizaron las siguientes herramientas y utensilios: •. Pala. •. Hoyador. •. Barra. •. Bolsas plásticas sellables. •. Plástico vinipel. Imagen 4. Anexo excavación del apique 1. Fuente: Autores 34.

(35) Imagen 5. Anexo excavación del apique 2. Fuente: Autores 6.2.1. Toma de muestra alterada. Para realizar los ensayos que permiten clasificar según sus características físicas es necesario obtener una muestra (ver imagen 6 y 7) la cual puede ser alterada ya que sus características físicas no cambian, aunque si es importante conservar su humedad, por tanto, es aconsejable usar bolsas sellables con las cuales se podrá contener la humedad. Imagen 6. Toma de muestra alterada. Fuente: Autores 35.

(36) Imagen 7. Toma de muestra alterada. Fuente: Autores. 6.2.2. Toma de muestra inalterada. Para realizar el ensayo que permite determinar las características mecánicas del suelo es necesario obtener una muestra la cual debe ser inalterada (ver imagen 8 y 9). es importante resaltar que la muestra a la cual se le realizo el ensayo de corte directo, debe conservar las propiedades y características que tiene en su estado natural. Para esto se realizó una excavación a dos extremos del apique dejando la parte del centro lo más inalterada posible; seguido a esto se realizó un corte en la base de la muestra para poder retirarla lo más inalterada posible, esta muestra es envuelta en vinipel para conservar sus características.. 36.

(37) Imagen 8. Toma de muestra inalterada. Fuente: Autores Imagen 9. Toma de muestra inalterada. Fuente: Autores 37.

(38) 6.3. LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO Se realizó de un levantamiento topográfico que ayudo a visualizar el perfil de la zona a estudiar, se midieron las distancias horizontales y verticales en diferentes condiciones del terreno que permitió la realización de las curvas de nivel y el perfil requerido para el análisis de estabilidad del mismo. Equipo utilizado: •. Estación total. •. Trípode. •. Bastón. •. prisma. A partir de la topografía se obtuvieron los puntos necesarios de la zona para representar el relieve del terreno. Dichos puntos fueron importados a Autocad y se crearon las curvas de nivel (ver tabla 3 e ilustración 2 respectivamente). Tabla 3. Puntos del levantamiento geográfico PUNTOS 54 55 53 56 52 51 50 23 57 22 49 58 11 59 48 67 24. NORTE 88102.74 88115.63 88.111.524 88.123.762 88.111.937 88.107.881 88.103.924 88.094.865 88130.9 88.088.317 88.104.718 88.131.048 88.089.429 88.131.841 88103.44 88133.41 88.101.954. ESTE 70443.2 70.438.396 70.435.588 70.434.588 70.432.744 70.428.954 70.427.443 70.423.893 70.423.593 70.423.395 70.422.619 70.420.024 70.419.342 70.418.955 70.418.782 70.418.373 70.417.495. 38. COTA 1.732.543 1.730.276 1.727.608 1.725.445 1.725.295 1.723.087 1.722.965 1.716.179 1.718.218 1.712.823 1.719.703 1.716.902 1.711.095 1.716.224 1.717.377 1.715.699 1.716.628. DESCRIPCION TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP TOP.

(39) PUNTOS 21 10 66 6 5 25 1 16 7 9 20 65 4 2 15 64 8 62 63 18 19 17 14 61 60 26 29 3 31 46 30 36 35 37 28 33 39 38 47 41 32 40 34. NORTE 88.094.438 88.085.725 88.131.006 88.079.148 88077.32 88.100.857 88.079.577 88.091.118 88.082.196 88.087.262 88.096.353 88.115.767 88.076.521 88.081.069 88.088.157 88.112.558 88.084.433 88.108.703 88.108.681 88.096.735 88.096.767 88.093.054 88.089.424 88.095.386 88.091.112 88.087.842 88.105.256 88.085.362 88.110.834 88.109.654 88.108.643 88.083.567 88.087.291 88.080.564 88.090.931 88.119.858 88.077.762 88.081.744 88.122.253 88.075.252 88.115.191 88079.74 88086.46. ESTE 70.416.399 70.416.273 70.414.863 70.414.093 70412.21 70.412.073 70.411.868 70.411.824 70.411.702 70.411.662 70.411.518 70.411.385 70.410.925 70.410.658 70.410.446 70.409.991 70.409.138 70408.92 70.408.884 70408.22 70.408.198 70.407.223 70.406.036 70.405.939 70.402.705 70.400.097 70.399.457 70.398.884 70.396.679 70.395.917 70.395.628 70.395.585 70.393.809 70.393.336 70.392.361 70.391.869 70.391.051 70.390.632 70.390.044 70.389.499 70.389.401 70.388.285 70388.24 39. COTA 1.711.824 1709.77 1713.36 1.707.866 1.707.131 1.713.502 1.707.564 1.709.307 1.708.359 1.709.112 1.711.143 1.707.982 1.706.506 1.707.798 1.709.158 1.707.867 1.707.853 1.707.089 1.707.089 1.710.376 1.710.362 1.709.277 1709.11 1.707.757 1.707.397 1.707.587 1.707.028 1.707.987 1.706.968 1.706.322 1.706.319 1.707.654 1.707.243 1.706.534 1.707.143 1.706.753 1.706.435 1.706.487 1706.86 1.705.549 1706.64 1.706.267 1.706.223. DESCRIPCION TOP TOP TOP TOP TOP TOP D1 BAN TOP TOP TOP TOP TOP TOP BAN TOP TOP TOP ESCU BAN TOP BAN BAN TOP TOP ESCU ESCU TOP ESCU CANCHA ESCU TOP TOP TOP ESCU ESCU TOP TOP D3 TOP ESCU TOP CANCH.

(40) PUNTOS 42 45 13 27 12 43 44. NORTE 88076.58 88.113.603 88.085.805 88.085.867 88.085.907 88.079.135 88.090.574. ESTE 70.385.812 70.384.633 70.383.658 70.383.651 70.383.185 70382.64 70.376.083. COTA 1.705.647 1.706.264 1.707.286 1.706.161 1.707.241 1.705.979 1.706.165. DESCRIPCION TOP CANCHA TOP D2 TOP TOP CANCHA. Fuente: Autores. Ilustración 2. Plano Topográfico. Fuente: Autores. Para analizar el talud se tomaron tres puntos de análisis en diferentes áreas de referencia como se muestra a continuación (ver ilustraciones 3, 4 y 5):. 40.

(41) •. Perfil del terreno uno:. Ilustración 3.Trazado del perfil 1. Fuente: Autores. •. Perfil del terreno dos:. Ilustración 4.Trazado del perfil 2. Fuente: Autores. 41.

(42) •. Perfil del terreno tres:. Ilustración 5. Trazado del perfil 3. Fuente: Autores •. Dimensiones del talud de acuerdo a los perfiles topográficos (ver ilustración 6 y 7):. Ilustración 6. Perfil del talud. Fuente: Autores 42.

(43) Ilustración 7. Inclinación del talud. Fuente: Autores. •. Ángulo de pendiente del talud usando trigonometría: tan( θ) =. 21,33 28,11. θ = arctan⁡(. 21,33 ) 28,11. θ = 37,41°. 43.

(44) 6.4. ENSAYOS DE LABORATORIO 6.4.1. Ensayo de Granulometría. (INV E – 123 – 13) Cálculos Determinación de la humedad natural Tabla 4. Humedad natural DESCRIPCION peso de la tara con espécimen húmedo (P1) peso de la tara con espécimen seco (P2) peso de la tara (P3) Contenido de agua (w%). gramos 3674 3145 174 17,8% 529. Fuente: Autores. Curva granulométrica Tabla 5. Curva granulométrica PESO (gr) P1 P2 P3 P4 perdida de finos Fuente: Autores. -. DESCRIPCIÓN peso de la muestra húmeda + tara 2574 peso de la muestra seca + tara 74 peso de la tara peso de la muestra seca lavada 2459 + tara 115. p2-p4. 44.

(45) Tabla 6. Análisis granulométrico ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LAS PARTÍCULAS. TAMIZ Pulg ("). 3'' 1 1/2'' 3/4'' 3/8'' N°4 N°8 N°16 N°30 N°50 N°100 N°200 FONDO TOTAL. (mm). 75 37,5 19 9,5 4,75 2,36 1,1 0,6 0,3 0,15 0,075. Peso retenido (g). parcial (%). 0 506 305,8 267,6 157 182 250,5 251,2 183,2 172 100,6 125 2500,9. 0,00% 20,23% 12,23% 10,70% 6,28% 7,28% 10,02% 10,04% 7,33% 6,88% 4,02% 5,00% 100,00%. Porcentaje acum ulado (%). Porcentaje que pasa (%). 0,00%. 100,00% 79,77% 67,54% 56,84% 50,56% 43,28% 33,27% 23,22% 15,90% 9,02% 5,00% 0,00%. 20,23% 32,46% 43,16% 49,44% 56,72% 66,73% 76,78% 84,10% 90,98% 95,00% 100,00% 100,00%. Fuente: Autores Tabla 7. Pérdida de finos por lavado Pérdida de finos por lavado p₂ p₄. 2574 gr 2459 gr. Peso de la muestra seca lavada + tara. Perdida de finos. 115 gr. p₂-p₄. Peso de la muestra seca + tara. Fuente: Autores. Para el cálculo de los porcentajes se realizó de la siguiente manera: Porcentaje⁡Retenido =. Peso⁡retenido⁡en⁡el⁡Tamiz Sumatoria⁡del⁡peso⁡retenido. Porcentaje⁡Acumulado = %Acumulado⁡anterior + %Retenido Porcentaje⁡que⁡pasa = 100 − %Acumulado Tomado de: INV E-123-13 45.

(46) En la ilustración 8 se presenta la curva de distribución granulométrica de la muestra tomada del talud la cual presenta las siguientes características. Ilustración 8. Curva de distribución granulométrica. Fuente: Autores Posteriormente se realizó el análisis del grafico que presentamos en los coeficientes de curvatura y uniformidad. Coeficientes de uniformidad y curvatura D10 D30 D60. Cu =. 0,187 mm 0,900 mm 10,120 mm. D60 10.12mm = = 54.11 D10 0.187mm. D30 2 (0.90mm)2 Cc = = = 0.428 D60 D10 10.12mm ∗ 0.187mm Tomado de: INV E-123-13. 46.

(47) Dónde: Cu= Coeficiente de uniformidad Cc=Coeficiente de curvatura D60= Diámetro correspondiente al 60% de finos en la curva de distribución granulométrica D30=Diámetro correspondiente al 30% de finos D10=Diámetro correspondiente al 10% de finos Clasificación del suelo según el ítem 8.3 de la norma INV-123-13. Tabla 8. Clasificación del material Grava: material que pasa el tamiz de 75 mm (3") y queda retenido en el de 4,75 mm(No.4). 50,56%. Arena: material que pasa el tamiz de 4,75 mm(No.4) y queda retenido en el 75 µm (No.200) a) Arena gruesa: material que pasa el tamiz de 4,75 mm(No.4) y queda retenido en el de 2,0 mm(No.10) b) Arena media: material que pasa el tamiz de 2,0 mm(No.10) y queda retenido en el de 4,75 mm(No.40) c) Arena fina: material que pasa el tamiz de 4,75 mm(No.40) y queda retenido en el de 75 µm(No.200). 54,16%. Tamaños de limo: entre 75 µm y 5 µm. 5,00%. 33,27% 15,90% 5,00%. Fuente: INV E-123-13 Según la Tabla 7 se puede determinar que la clasificación del material pertenece a unas arenas mal graduadas, arenas con grava, con poco o nada de finos SP. 47.

(48) Tabla 9. Sistema Unificado de Clasificación de suelos bajo el punto de vista de la ingeniería.. Fuente: Titulo D-2487 de la ASTM 6.4.2. Ensayo Límite Líquido. (INV E – 125 -13). El material fue sometido a diferentes cantidades de agua, con el fin de encontrar el punto liquido pertinente al número de golpe que nos indica la norma, pero en este caso no fue posible encontrar el limite liquido del material es importante decir que al momento de pasar el ranurador por el material puesto en la cazuela, no tenía consistencia, en lo que. 48.

(49) se determinó que por su contenido de arena se establece como un material que no tiene límite liquido NL. 6.4.3. Ensayo Límite Plástico. (INV E – 126 – 13). Luego de haber alistado la cantidad de material para el ensayo, el cual fue previamente tamizado, se dispuso a aplicarle contenidos graduales de humedad (al tanteo) a la muestra, de modo que esta quedase con la necesaria para poder moldearla y así; poder definir su consistencia. Empero, luego de haber realizado varios intentos, no se pudo darle forma de “rollos” a la muestra húmeda. Por consiguiente, se estableció que este material es de carácter No Plástico (N.P).. Tabla 10. Clasificación de material por el sistema AASHTO. Fuente: ASOCIACION AMERICANA DE OFICIALES ESTATALES Y TRASPORTES M-145-91(2000) 49. DE. CARRETERAS.

(50) 6.4.4. Ensayo de gravedad específica. (INV E – 128 – 13). Tabla 11. Datos del ensayo Gravedad Específica. Fuente: Autores Se calcula la gravedad específica de las partículas sólidas del suelo a la temperatura de ensayo, Gt, con la expresión:. Tomado de: INV E-128-13 𝐆𝐭 =. 𝐌𝐬 𝟏𝟎𝟎, 𝟐𝟏 = = 𝟐, 𝟔𝟏 𝐌𝐩𝐰,𝐭 − (𝐌𝐩𝐰𝐬,𝐭 − 𝐌𝐬 ) 𝟔𝟓𝟐, 𝟗 − (𝟕𝟏𝟒, 𝟕 − 𝟏𝟎𝟎, 𝟐𝟏). Se calcula la gravedad específica de las partículas sólidas del suelo a 20° C, G20°C, con la expresión:. 𝐆𝟐𝟎°𝐂 = 𝐆𝐭 ∗ 𝐊 = 𝟐, 𝟔𝟏 ∗ 𝟎, 𝟗𝟗𝟗𝟎𝟗 ≈ 2,61 50.

(51) Donde K:. Coeficiente de corrección por temperatura de la Tabla (128-2). Tabla 12. Coeficientes "K" para varias Temperaturas. Fuente: INV E-128-13 Ahora se procede a determinar el Peso Específico de la muestra, el cual resulta de la multiplicación de la gravedad específica por el peso específico del agua, es decir, 9,81 KN/m3, de la siguiente manera γ = Gs ∗ γw γ = 2,61 ∗ 9,81⁡KN/m3 γ = 25,6⁡KN/m3 Siendo: γ = Peso específico de la muestra γw = Peso específico del agua Gs =Gravedad específica. Resultados del Ensayo Se obtuvo los siguientes resultados: Gravedad específica = Gs = 2,61 Peso Específico de la muestra = γ = 25,6 KN/m3 51.

(52) 6.4.5. Ensayo de corte directo consolidado drenado (INV E – 154 – 13) Datos Generales Diámetro del anillo de corte: 4,987 cm Radio del anillo de corte: 2,4935 cm Área del anillo de corte: 19,533 cm2 A = πr 2 A = π(2,4935)2 A = 19,533⁡cm2 Ecuación para hallar el área corregida del anillo de corte. Ac = r 2 + (. δ π ∗ arcos (2⁡r) 90. δ − sen(2 ∗ arcos ( )) 2⁡r. Universidad Alas Peruanas, Ecuación para el área corregida de un círculo. Velocidad: 0.2mm/min. 52.

(53) Datos de consolidación: Tabla 13. Datos de Consolidación. Fuente: Autores Tabla de corte directo – Ensayo 1. Tabla 14. Corte directo- Ensayo 1 Horizontal. Carga. (cm). (kN) 0. Área. Esfuerzo. Corregida. corte. cm2. (kPa). Esfuerzo Normal. 19,5330. 0,02. 0,012. 19,4332. 6,1480. 50,4805. 0,04. 0,018. 19,3335. 9,4756. 50,7409. 0,06. 0,022. 19,2338. 11,5953. 51,0040. 0,08. 0,029. 19,1340. 14,9859. 51,2699. 0,10. 0,033. 19,0343. 17,1567. 51,5385. 0,12. 0,037. 18,9346. 19,3504. 51,8099. 53.

(54) Área. Esfuerzo. Corregida. corte. cm2. (kPa). 0,041. 18,8349. 21,5672. 52,0842. 0,16. 0,045. 18,7352. 23,8077. 52,3613. 0,18. 0,048. 18,6355. 25,6447. 52,6414. 0,20. 0,051. 18,5359. 27,5014. 52,9245. 0,22. 0,053. 18,4362. 28,9461. 53,2105. 0,24. 0,056. 18,3366. 30,4066. 53,4997. 0,26. 0,058. 18,2370. 31,8829. 53,7919. 0,28. 0,060. 18,1374. 32,9363. 54,0873. 0,30. 0,061. 18,0378. 34,0012. 54,3858. 0,32. 0,063. 17,9382. 35,0780. 54,6876. 0,34. 0,065. 17,8387. 36,1667. 54,9927. 0,36. 0,066. 17,7392. 37,2675. 55,3012. 0,38. 0,067. 17,6398. 37,9292. 55,6130. 0,40. 0,068. 17,5403. 38,5983. 55,9283. 0,42. 0,068. 17,4409. 38,8183. 56,2470. 0,44. 0,068. 17,3416. 39,0408. 56,5693. 0,46. 0,068. 17,2422. 39,2657. 56,8952. 0,48. 0,068. 17,1429. 39,4931. 57,2248. 0,50. 0,068. 17,0437. 39,7231. 57,5580. 0,52. 0,067. 16,9445. 39,4856. 57,8951. 0,54. 0,066. 16,8453. 39,2453. 58,2359. 0,56. 0,066. 16,7461. 39,4776. 58,5806. Horizontal. Carga. (cm). (kN). 0,14. Fuente: Autores. 54. Esfuerzo Normal.

(55) Ilustración 9. Esfuerzo vs deformación horizontal ensayo 1. Esfuerzo vs Desplazamiento Horizontal Esfuerzo de corte (KPa). 50:0000 40:0000 30:0000 20:0000. Ensayo 1. 10:0000 0:0000 0. 0:1. 0:2. 0:3. 0:4. 0:5. 0:6. Desplazamiento Horizontal (cm). Fuente: Autores. Tabla de corte directo – Ensayo 2. Tabla 15. Corte directo- Ensayo 2 Horizontal. Carga. (cm). (kN). 0,00. Área. Esfuerzo. Corregida. corte. cm2. (kPa). Esfuerzo Normal. 19,5330. 0,02. 0,029. 19,4332. 14,9495 100,9610. 0,04. 0,049. 19,3335. 25,4800 101,4818. 0,06. 0,058. 19,2338. 30,2092 102,0081. 0,08. 0,069. 19,1340. 36,3079 102,5398. 55.

(56) Área. Esfuerzo. Corregida. corte. cm2. (kPa). Horizontal. Carga. (cm). (kN). 0,10. 0,080. 19,0343. 41,8069 103,0770. 0,12. 0,086. 18,9346. 45,3626 103,6198. 0,14. 0,092. 18,8349. 48,9559 104,1683. 0,16. 0,097. 18,7352. 51,9132 104,7227. 0,18. 0,105. 18,6355. 56,2577 105,2828. 0,20. 0,110. 18,5359. 59,2860 105,8489. 0,22. 0,115. 18,4362. 62,3469 106,4211. 0,24. 0,120. 18,3366. 65,4411 106,9993. 0,26. 0,125. 18,2370. 68,5691 107,5838. 0,28. 0,129. 18,1374. 71,0348 108,1745. 0,30. 0,131. 18,0378. 72,8275 108,7717. 0,32. 0,134. 17,9382. 74,6399 109,3753. 0,34. 0,134. 17,8387. 75,0563 109,9855. 0,36. 0,136. 17,7392. 77,7357 110,6023. 0,38. 0,141. 17,6398. 80,1993 111,2260. 0,40. 0,143. 17,5403. 81,3741 111,8565. 0,42. 0,145. 17,4409. 83,2863 112,4940. 0,44. 0,147. 17,3416. 84,4919 113,1386. 0,46. 0,147. 17,2422. 84,9787 113,7904. 0,48. 0,147. 17,1429. 85,4709 114,4495. Fuente: Autores. 56. Esfuerzo Normal.

(57) Ilustración 10. Esfuerzo vs deformación horizontal ensayo 2. Esfuerzo de corte (KPa). Esfuerzo vs Desplazamiento Horizontal 90:0000 80:0000 70:0000 60:0000 50:0000 40:0000 30:0000 20:0000 10:0000 0:0000. Ensayo 2. 0:00. 0:10. 0:20. 0:30. 0:40. 0:50. 0:60. Desplazamiento Horizontal (cm). Fuente: Autores Tabla de corte directo – Ensayo 3 Peso anillo + muestra (g). 182,3. Carga (Kg). 40. Carga (KN). 0,3924. Tabla 16. Corte directo- Ensayo 3 Horizontal. Carga. (cm). (kN). 0,00. Área. Esfuerzo. Corregida. corte. cm2. (kPa). Esfuerzo Normal. 19,5330. 0,02. 0,096. 19,4332. 49,3564 201,9220. 0,04. 0,123. 19,3335. 63,7857 202,9637. 0,06. 0,151. 19,2338. 78,3645 204,0161. 57.

(58) Área. Esfuerzo. Corregida. corte. cm2. (kPa). Horizontal. Carga. (cm). (kN). 0,08. 0,164. 19,1340. 85,9341 205,0795. 0,10. 0,181. 19,0343. 95,1828 206,1540. 0,12. 0,192. 18,9346 101,3125 207,2396. 0,14. 0,204. 18,8349 108,3154 208,3367. 0,16. 0,212. 18,7352 112,9549 209,4453. 0,18. 0,224. 18,6355 120,0949 210,5656. 0,20. 0,230. 18,5359 124,0261 211,6978. 0,22. 0,238. 18,4362 128,8255 212,8421. 0,24. 0,245. 18,3366 133,6769 213,9986. 0,26. 0,251. 18,2370 137,7464 215,1675. 0,28. 0,256. 18,1374 141,0210 216,3490. 0,30. 0,260. 18,0378 144,3316 217,5433. 0,32. 0,265. 17,9382 147,6788 218,7505. 0,34. 0,266. 17,8387 149,3561 219,9709. 0,36. 0,268. 17,7392 151,0521 221,2047. 0,38. 0,273. 17,6398 154,4931 222,4520. 0,40. 0,277. 17,5403 157,9728 223,7131. 0,42. 0,279. 17,4409 159,7461 224,9881. 0,44. 0,280. 17,3416 161,5394 226,2773. 0,46. 0,282. 17,2422 163,3530 227,5809. 0,48. 0,280. 17,1429 163,3327 228,8991. 0,50. 0,279. 17,0437 163,6968 230,2321. Fuente: Autores 58. Esfuerzo Normal.

(59) Ilustración 11. Esfuerzo vs deformación horizontal ensayo 3. Esfuerzo vs Desplazamiento Horizontal Esfuerzo de corte (KPa). 200:0000 150:0000 100:0000 Ensayo 3. 50:0000 0:0000 0:00. 0:10. 0:20. 0:30. 0:40. 0:50. 0:60. Desplazamiento Horizontal (cm). Fuente: Autores Luego de esto se establece en una gráfica los valores de la resistencia al corte en cada uno de los ensayos. Gráfica Esfuerzo de corte vs Esfuerzo Normal Ilustración 12. Esfuerzo de corte vs esfuerzo normal. Esfuerzo de Corte (KPa). Esfuerzo de Corte vs Esfuerzo Normal 200:00 150:00 100:00. Ensayo 1. 50:00. Ensayo 2 Ensayo 3. 0:00 0:00. 50:00. 100:00 150:00 200:00 250:00. Esfuerzo Normal (KPa). Fuente: Autores 59.

(60) Esfuerzo Cortante de un Suelo: Ecuación de falla de Coulomb (1776) “Coulomb observó que, si el empuje de un suelo contra un muro produce un desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de deslizamiento.” (Anónimo, Esfuerzo cortante de suelos, pag 1) Él postuló que LA MÁXIMA RESISTENCIA AL CORTE, τf, en el plano de falla, está dada por: τf⁡ = ⁡c⁡ + ⁡σ⁡tg⁡(φ)⁡ dónde: σ = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla. φ = Es el ángulo de fricción del suelo (por ejemplo, arena) c = Es la cohesión del suelo (por ejemplo, arcilla). Por lo tanto, se toma la máxima resistencia al corte en cada uno de los ensayos y se traza una tendencia lineal para establecer su comportamiento y corresponderlo a la ecuación de Coulomb, de la siguiente manera: Tabla 17. Esfuerzo de Corte máximo vs esfuerzo normal σ (Kpa). τ (Kpa) 57,5580296. 39,7231. 114,449539. 85,4709. 227,580874. 163,3530. Fuente: Autores. 60.

(61) Ilustración 13. Esfuerzo de corte vs esfuerzo normal. Esfuerzo de Corte Maximo vs Esfuerzo Normal Esfuerzo de Corte (KPa), τ. 200 y = 0:7217x + 0:0605. 150 100. Resistencia al corte. 50 0. -50. 0 -50. 50. 100. 150. 200. 250. Lineal (Resistencia al corte). Esfuerzo Normal (KPa), σ. Fuente: Autores Sin embargo y teniendo en cuenta que la muestra del presente proyecto se trata de una arena, Coloumb estableció que para los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto: τf⁡ = ⁡σ⁡tg⁡(φ) Por lo tanto, mediante una regresión lineal de los puntos de la anterior gráfica, que se intersecten en el punto de origen, para coincidir c=0, de esta manera se obtiene que:. 61.

(62) Ilustración 14. Esfuerzo de corte máximo vs esfuerzo normal (corregido). Esfuerzo de Corte Máximo vs Esfuerzo Normal Esfuerzo de Corte (KPa), τ. 200 y = 0:722x. 150 100. Resistencia al corte. 50 0. -50. 0 -50. 50. 100. 150. Esfuerzo Normal (KPa), σ. Fuente: Autores τ = σ ∗ tan⁡(φ) y = x ∗ 0,722 Igualamos tan(φ) = 0,722 φ = 35,83° Resultados del ensayo Se determinaron los parámetros del suelo Cohesión = c = 0 Ángulo de fricción= φ =35,83°. 62. 200. 250. Lineal (Resistencia al corte).

(63) 6.5. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD 6.5.1. Metodología del análisis de estabilidad de talud Programa GEO5: Estabilidad de Taludes “El programa básico para el análisis de estabilidad es Estabilidad de Taludes. El cual permite el análisis de estabilidad de taludes con superficie circular o poligonal y optimización automática de la superficie de deslizamiento. Además coopera con todos los programas para el análisis de diseño de excavaciones y diseño de muros de contención.” (Anónimo, Estándares y Normas GEO 5) Se definieron dos métodos de estabilidad de taludes para este proyecto: •. Método Bishop. •. Método Janbú. •. No se usó el Método Fellenius/Petterson puesto que este requiere suelos netamente cohesivos y el suelo del presente proyecto es una arena por lo que no cumple este requirimento.. 6.5.2. Ejecución del análisis de estabilidad del talud. Continuando con el análisis se tuvieron en cuenta 3 diferentes cortes de talud, que fueron establecidos de la topografía del talud; a su vez se establecieron 3 superficies de falla en cada uno de los cortes de talud.. 63.

(64) Corte de Talud 1 Datos: Ilustración 15. Datos Corte de talud 1. Fuente: Autores Ilustración 16. Superficie de falla 1, corte de talud 1. Fuente: Autores. 64.

(65) Ilustración 17. Cálculo, Superficie de falla 1 corte de talud 1. Fuente: Autores. Ilustración 18. Superficie de falla 2, corte de talud 1. Fuente: Autores. 65.

(66) Ilustración 19.Cálculo, Superficie de falla 2 corte de talud 1. Fuente: Autores. Ilustración 20. Superficie de falla 3, corte de talud 1. Fuente: Autores. 66.

(67) Ilustración 21. Cálculo, Superficie de falla 3 corte de talud 1. Fuente: Autores. Corte talud 2: Ilustración 22. Datos corte de talud 2. Fuente: Autores. 67.

(68) Ilustración 23. Superficie de falla 1, corte de talud 2. Fuente: Autores. Ilustración 24. Cálculo, Superficie de falla 1 corte de talud 2. Fuente: Autores. 68.


(70) Ilustración 27. Superficie de falla 3, corte de talud 2. Fuente: Autores Ilustración 28. Cálculo, Superficie de falla 3 corte de talud 2. Fuente: Autores. 70.

(71) CORTE TALUD 3 Ilustración 29.Superficie de falla 1, corte de talud 3. Fuente: Autores Ilustración 30. Cálculo, Superficie de falla 1 corte de talud 3. Fuente: Autores. 71.



(74) 6.5.3. Resultados del análisis de estabilidad del talud. Tabla 5. Resultados del factor de seguridad según el programa GEO5 Valores del factor de Seguridad Superficie de falla 1 Superficie de falla 2 Superficie de falla 3 Fuente: Autores. Corte Talud 1 Corte Talud 2 Corte Talud 3 Bishop Janbú Bishop Janbú Bishop Janbú 2,16 2,16 9,02 9,02 6,63 6,61 1,85 1,84 1,33 1,33 1,84 1,84 1,14 1,14 1,41 1,40 1,33 1,33. 74.